抗高温水包油钻井液的研究与应用

钻井液 阳离子

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油田化学

钻　　　采　　　工　　　艺

DRILLING&PRODUCTIONTECHNOLOGY

2010年1月

Jan.2010

抗高温水包油钻井液的研究与应用

史沛谦,王善举,黄桂春,郑德荣,张和平,杨　建,杨建军

　　史沛谦等.抗高温水包油钻井液的研究与应用.钻采工艺,2010,33(1):96-99,105

摘　要:根据深井欠平衡钻井技术要求,通过水包油钻井液用主乳化剂、,有效地解决了水包油钻井液体系高温乳化能力差、水包白油钻井液体系,,,密度在0.89～0.99

g/cm之间可调,抗温能力达到180℃,<3口井,应用结果表明,研究的水

3

1112111

(1中原石油勘探局钻井工程技术研究院油田化所2中原石油勘探局钻井三公司)

包油钻井液体系具有较好的抗高温、、2,钻井液性能稳定易于调节,不起泡,对录井、测井无影响,井径规则,,能够满足深井近平衡、欠平衡钻井和地质要求。

关键词:;乳化剂;抗高温;泡沫抑制

中图分类号:.3　　　文献标识码:A　　　DOI:10.3969/j.issn.1006-768X.2010.01.031

　　随着油气勘探开发的不断深入,中生界、古生界低压地层欠平衡钻井技术得到越来越多的应用。水包油钻井液因其密度稳定、施工方便、安全性高、成本适中等优点适合该类地层欠平衡钻井作业

[1]

由于水包油型乳化剂的分子结构要求与泡沫剂类似,因此易于导致水包油钻井液起泡,同时对水包油乳状液起稳定作用的固体粉末、增黏剂等也是泡沫稳定的有利因素,因此在水包油乳化钻井液的研究和应用中存在泡沫抑制问题。其解决途径一方面可以选择起泡能力小的乳化剂,或配合使用HLB值较低的辅助乳化剂平衡乳状液乳化状态

[2]

,成

为深井欠平衡钻井的关键技术之一。水包油钻井液的技术核心是乳化剂研究,对乳化剂的要求有:①提高乳化剂抗温性和热稳定性;②油水乳化稳定的同时,避免或降低泡沫的产生,以利于边喷边钻欠平衡钻井时的液气快速分离要求。

根据中生界、古生界井段地层胶结性差、井底温度高、原始地层压力系数低、钻井过程中易漏,以及需要实现钻井液快速脱气的深井欠平衡钻井特点和技术要求,研究出抗高温水包油钻井液体系,现场应用表明钻井液体系满足了钻井施工要求。

。

低HLB值辅助乳化剂的选择方面,要求其具有一定憎水性,适当带有支链,以利于泡沫消除;其活性要大于高HLB值的主乳化剂,使它有能力顶替掉泡沫而吸附于界面上。由其分子结构可知,辅助乳化剂的加入不利于乳化稳定,即水包油乳状液的乳化稳定与泡沫抑制存在着平衡关系。但消泡作用与破乳作用毕竟不同,乳化作用好的表面活性剂起泡能力也不一定强,这为主乳化剂和辅助乳化剂的选择提供了理论基础。

优选出起泡弱、乳化好的主乳化剂,以及消泡强、对乳化影响小的辅助乳化剂,并且确定出二者的最佳加量比例,是水包油乳化钻井液研究的主要内容之一。1.2主乳化剂

一、室内研究

1.水包油钻井液乳化剂筛选1.1水包油乳化剂的选择原则

水包油乳化剂的考察指标主要是乳化能力和抗温能力。离子型表面活性剂乳化能力较强、抗温性较好,但易起泡;非离子型表面活性剂起泡差,但在其浊点以上温度容易转变为油包水型乳化剂,限制了其使用温度,通过与离子型表面活性剂复配可以提高浊点,实际应用的乳化剂通常都是复配使用的。

收稿日期:2009-06-18

主乳化剂是降低乳化体系表面能,提高油水乳化稳定性的主要因素。实验表明,多数水包油型乳化剂抗温能力较低,根据主乳化剂分子结构要求,室

作者简介:史沛谦(1974-),工程师,中原石油勘探局钻井工程技术研究院,主要从事钻井液现场及技术研究工作。地址:(457001)河南省濮阳市中原路59号,电话:(0393)4890993,E-mail:www.zqqy0616@

钻井液 阳离子

第33卷　第1期

Vol.33　No.1

钻　　　采　　　工　　　艺

DRILLING&PRODUCTIONTECHNOLOGY

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内研究出抗高温乳化剂ZR-1,其组成以阴离子表面活性剂为主,采用多种抗高温亲水基,复配非离子

[3]

表面活性剂,抗温可达180℃。表1采用4%膨润土浆,油水比4ζ6,乳化剂加量1.0%,180℃老化16h,考察乳化剂抗高温稳定性。

乳化剂抗温性评价以高温老化后的乳状液油水分离程度为主要指标,析油量少则抗温乳化能力强。

表1　主乳化剂的筛选

乳化剂

OP-15NP-15161831

PV/mPa s34.53-3

YP/Pa14137-表2　辅助乳化剂性能评价

配方

基浆+0.2%FR-1基浆+2.5%FR-2基浆+3.5%FR-2基浆+5%FR-3基浆+10%FR-3

ρ

/g cm

-3

PV/mPa s4437

YP/Pa1010

析油量

/ml233

0.870.90

—

0.900.91

—

4133

—

85.5

破乳

19

　　注:基浆为4%膨润土浆+0.5%PAMS601+0.3%NaOH+1.5%

析油量

/ml503820

ZR-1,油水比6ζ4,油品为0#,柴油组分相对白油更复高,在主辅乳化剂的使用方面区别也较大。FR-3在水包柴油体系中加量较大,但在水包白油体系中加量则较低,能够满足控制钻井液配制成本的要求。表3考察了在水包白油乳化体系中的FR-3加量。

表3　FR-3在水包白油钻井液中的加量配方

基浆+1.5%FR-3基浆+2%FR-3基浆+2.5%FR-3

ρ

/g cm

-3

平平加O

ZR-1

3

由表1可见几种常用水包油乳化剂在180℃条

件下乳化能力均较差,ZR-1乳化效果良好。1.3辅助乳化剂

辅助乳化剂主要用于增强乳化效果,提高乳化体系抑泡能力。辅助乳化剂有一定的加量范围,加量小了抑泡效果不理想,加量多了影响乳化稳定性,现场应用要求辅助乳化剂应有较大的加量范围。

根据辅助乳化剂作用原理,优选出一种非离子型辅助乳化剂FR-3。FR-3主链结构稳定,抗温能力强,疏水性能适中,在基本不影响油水乳化稳定性的条件下,能有效抑制体系泡沫,与主乳化剂配合使用具有较好的协同效果。

辅助乳化剂泡沫抑制效果评价指标,是在一定转速下高速搅拌后静置相同时间,通过密度恢复值进行衡量,密度恢复越高则抑泡效果越好。

表2是FR-3与几种常用辅助乳化剂的对比结果,实验条件是将钻井液在180℃温度下静置16h,降至室温后6000r/min转速搅拌5min,静置30s,测密度。该实验条件的混气强度和脱气状态要求较高,能够满足边喷边钻欠平衡钻井情况下快速脱气施工需要。钻井液完全无泡时密度为0.91g/3

cm。

由表2可见,FR-1消泡效果差,对钻井液的乳化稳定影响大。FR-2消泡效果较好,但加量较高时对乳化稳定影响比较大,现场可操作性差。FR-3消泡效果比较好,并且对体系的乳化能力影响很小,即使加量达10%也不会严重影响体系乳化,是一种综合效果最好的辅助乳化剂,缺点是加量过大。

PV/mPa s363435

YP/Pa654.5

析油量

/ml4812

0.920.960.97

　　注:基浆为4%膨润土浆+0.7%PAMS601+0.3%NaOH+0.4%

ZR-1,实验条件为180℃滚动16h,油水比为3ζ7,体系完全无泡时

密度为0.97g/cm3。

由表3可见,水包白油体系FR-3加量为2%时体系的乳化稳定性和泡沫抑制能力都比较理想。1.4乳化稳定剂

ZR-1和FR-3复配在水包柴油乳化体系中

现象较为复杂,加量也较高,通过引入一种乳化稳定剂SA-1也完全可以使FR-3的加量降低到2%以内,解决水包柴油乳化体系中ZR-1 …… 此处隐藏：3143字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……